浆果采摘机的设计毕业论文

浆果采摘机的设计毕业论文 摘 要 现在农业采摘已采用专业化、集约化和规模化采摘,农业采摘机成为当今世界最具活力的新兴农业机械之一和现代农业机械的亮点。结合我国农业生产的实际需要,针对浆果采摘机农业机械市场的特点,对浆果采摘机进行了研究、开发,设计研制出一种可自动完成对浆果的采摘及收获的机械。 课题从浆果采摘机原动部分及传动部分的设计、工作部分的设计、液压系统的设计等多方面详细介绍了研究过程与方法,并给出了安装及维护的注意事项。 本设计以拖拉机作为原动机,通过拖拉机的拖拽,实现了浆果采摘机的行驶功能,液压马达为动力源,采用四连杆机构实现了采摘机的采摘功能。针对不同的农业地况,车体设计成可升降的结构。关键词: 浆果采摘机;结构设计;理论计算Abstract Now agricultural picking has adopted specialized, intensive and large-scale agriculture picking, picking machine becomes the worlds most dynamic emerging agricultural machinery and modern agricultural machinery window. With Chinas agricultural production actual need, according to berry picking machine agricultural machinery market characteristics, the berry picking machine undertook research, development, design and develop a automatic completion of the berry picking and harvesting machinery. The berry picking machine driving part and a transmission part of the design, part of the design work, the design of hydraulic system and other aspects detailed introduces the study process and method, and gives the installation and maintenance of the matters needing attention. The design of tractor as motive, the tractor drag, realizes the driving function of berry picking machine, hydraulic motor as a power source, four connecting rod mechanism is adopted to realize picking machine picking function. In view of the different agricultural condition, body is designed into a lifting structure. Keywords: Berry picking machine; Structure design; Theoretical calculation目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论1 1.1 选题的意义1 1.2 采摘机概述1 1.2.1 国内外发展情况11.2.2 采摘机的简介21.2.3 采摘机的主要用途和应用领域2第2章 总体方案设计4 2.1 总体方案确定42.1.1 旋转式结构42.1.2 摆动式结构5 2.2 方案介绍及选择52.2.1 旋转式采摘介绍52.2.2 摆动式采摘介绍52.2.3 采摘方案选择6第3章 采摘机的结构设计及计算7 3.1 参数初定73.1.1 车体框架尺寸初定73.1.2 接果板总长初定73.1.3 摆架机构尺寸初定7 3.2框架的材料选择及重量计算7 3.3传输带链轮的设计83.3.1 初选链轮齿数83.3.2 确定计算功率83.3.4 计算单排链所能传递的功率及链节距83.3.5 确定链实际长度及中心距83.3.6 计算链速93.3.7 计算作用在轴上的压轴力93.3.8 按静强度校核链条93.3.9 润滑方式的选择103.3.10 链轮的结构设计10 3.4 摆架的设计10 3.5 轴的设计及计算103.5.1 选定车轮轴径123.5.2 车轮轴的校核143.5.3 液压支柱支撑轴校核16 3.6 轴承寿命计算16第4章 液压系统设计18 4.1液压系统的设计要求18 4.2液压系统的基本回路18 4.3确定液压系统的主要参数204.3.1 初选工作压力204.3.2 计算液压缸的主要结构尺寸214.3.3 液压缸工作流量的确定224.3.4 确定液压缸的安装方式224.3.5 绘制液压系统的工作原理图22第5章 浆果采摘机的安装与维护25 5.1 安装注意事项25 5.2 维护中的注意事项25结 论26致 谢27参考文献28CONTENTSAbstractIChapter 1 Introduction11.1 Significance of topics11.2 Picking machine overview1 1.2.1 The development status at home and abroad1 1.2.2 Picking machine introduction 2 1.2.3 Picking machine mainly uses and Applications3Chapter 2 Scheme design 52.1 Scheme 52.2 Comparison of the trin72.3 The design features t 8Chapter 3 Calculation of two-way conveyor belt design93.1 The primary parameters93.2 driven form 93.3 Calculation of transmission capacity10 3.4 The choice of conveyor belt10 3.4.1 Checking with the intensity 11 3.4.2 with the resistance calculation 12 3.4.3 Belt tension calculation133.5 Calculation of traction and motor power16Chapter 4 Design of the main components174.1 The choice of motor and reducer17 4.1.1 Motor Selection17 4.1.2 Selection reducer174.2 Selection and calculation of roller18 4.2.1 choice of roll diameter18 4.2.2 roller spacing19 4.2.3 Calculation and check of roller194.3 The choice of drum 19 4.3.1 Checking the diameter of roll20 4.3.2 Selection drum auxiliary board21 4.4 Design of roller shaft21 4.5 tensioning device22 4.6 cleaning device22 4.7 Brake22 4.8 installed, uninstall the device structure design22 4.9 Selection of Protectors24 4.9.1 speed protection device24 4.9.2 Deviation protection24Chapter 5 Installation and maintenance of transport25Conclusion 26Thanks 27References 28第1章 绪论1.1 选题的意义 蓝莓具有“世界水果之王”和“黄金水果”的美誉,由于其保健作用和经济、药用价值,蓝莓产业链必然成为我国林业经济新的增长点。本研究欲引进美国蓝莓自动采摘技术,填补我国在小浆果采摘机械方面的空白,促进林业科技进步,同时也为高附加值的林特产品的种植和推广提供设备支持,解决由于人工采摘效率低造成的阻碍蓝莓种植面积扩大的问题,也解决了人工野蛮采摘对母枝破坏影响来年产量的问题,促进林业生态建设和产业经济发展,促进林业从业者收入提高及人民生活品质的提高。 目前国内蓝莓采摘完全是人力手工方式采摘,采摘速度慢,一个熟练的采摘工人一天采摘数量不超过20斤。部分地区使用铁丝弯成叉形的简单工具,损失率大果实掉落和损坏,采摘费用占蓝莓制品总成本的比例约为33%70%。人工采摘还有一个不容忽视的问题是野蛮采摘,追求采摘效率的结果经常是造成果树的破坏,影响来年的产量。 蓝莓采摘作业的季节性强,成熟期只有50余天,劳动强度大,不及时采摘成熟果实就会掉落,造成损失。因此在蓝莓果实成熟时期要投用大量的人力进行蓝莓果实采摘。 因此实现蓝莓收获的机械化变得越来越迫切。 结合上述思路设计,设计出一款采摘机。采摘机前部安有采摘机构,采摘机构摆动后,通过杆件对植株的击打使成熟浆果脱离植株,并通过摘果板将果实输送到摘果板两侧的浆果传送带上,在输送带的输送下,将蓝莓运动到收集筐里。由于杆件在击落果实的过程中,势必要破坏母枝,因此本研究在最大程度提高效率的基础上,设法使蓝莓母枝的破坏降低到最少而不影响到来年产量,选出一种对蓝莓果及其母枝破坏小的一种材料。同时要考虑作业环境,设法简化传动结构,最大程度上减轻采摘机重量。1.2 采摘机概述1.2.1 国内外发展情况 根据大量文献资料表明,目前在国内,有关蓝莓引种栽培的报道很多,许多科研院所成功引进多种蓝莓进行人工栽培获得成功,并以此建立了众多的蓝莓种植基地,开始大面积种植蓝莓。然而,针对蓝莓果实采摘机械的科研样机尚无报道。本课题组我课题组承担了2项蓝莓采摘机器人的研究课题,开展了蓝莓采摘机器人的研究,在识别和定位、非接触采摘等方面做了一些研究工作,在国内外发表了几篇学术论文,但仍停留在理论层面。机器人采摘成本高,单个果实的方式采摘效率也并不比人工采摘有明显的优势。我课题组受黑龙江省林业厅委托的浆果采摘机研制,模仿人工采摘的梳搂方式,采摘方式稍显粗暴,还不能很好用于实际生产中。总之,国内对于蓝莓采摘技术的研究与开发并没有引起足够的重视1。 蓝莓采摘是蓝莓产业链的瓶颈,蓝莓采摘从人工方式向机械化方式转变已经势在必行。美国是国际上最早研究开发蓝莓采摘机的国家,近几十年来,美国在蓝莓采摘技术上投入了大量的人力和物力,已经基本完成了该项技术的研究开发工作,在九十年代就已经开始投入使用,目前产品摈弃了前期的种种不足,逐步走向成熟,开始批量生产。而在国内既没有这方面的研究,也没有这种设备。 在我国,其他采摘收获机械有一定的研究,如东北林业大学的陆怀民研制了林木球果采摘机器人,主要由5自由度机械手、行走机构、液压驱动系统和控制系统组成。采摘时,机器人停在距离果树24m处,采摘手爪沿着树枝生长方向靠近,然后,采摘手爪的梳齿夹拢果枝,大小臂带动采摘手爪按原路返回,梳下树枝上果实,完成一次采摘。中国计量学院、中国农业大学、吉林大学等单位对苹果、草莓等水果采摘机器人进行了研究。但是小浆果的采摘与这些果实地采摘有很大地差异,这些采摘都是单个进行的,蓝莓采摘由于果实小而软,识别和定位及采摘较其他水果难,且容易破损,采摘原理本质不同。1.2.2 采摘机的简介 采摘机结构为小车型,工作时由拖拉机牵引,“骑着”蓝莓丛纵向行驶。采摘机前部安采摘机构,采摘杆件摆动后,会震动蓝莓枝干,进而将成熟蓝莓击落到采摘板上,采摘板两侧有传送带,采摘板会将蓝莓果刮落到传送带上,在输送带的输送下,将蓝莓输送到收集筐里。为了减少对蓝莓果的伤害,采摘机构的摆动杆件采用橡胶材质。采摘机构和输送带的动力源是由拖拉机带动的液压马达组成。1.2.3 采摘机的主要用途和应用领域 该作品生产成本较低且采摘效率高,可以广泛应用于各种复杂地形的矮丛蓝莓采摘。同时该采摘机也可应用于其他小浆果的采摘,如黑豆果(黑加仑)、蓝靛果、五味子、树莓等高附加值珍稀林特水果的采摘,适用性广,适应性强。 在我国,随着人们对蓝莓的大量需求,对于蓝莓的引种栽植、商品化种植、大面积栽培才刚刚开始,在国内市场,蓝莓一直处于供不应求的状态。就我省而言,黑龙江省政府已下发了黑龙江省蓝莓产业发展规划,目标就是要将黑龙江建设成全国乃至世界著名的蓝莓生产和加工基地。 据统计,我省大小兴安岭地区蕴藏野生蓝莓面积约245万亩,产量达27万吨,分别占全国和世界野生蓝莓总储量的90%、30%。从2009开始,大兴安岭的加格达奇还组织每年一次的中国国际蓝莓节。这些势必带来蓝莓更大的市场需求空间,所以扩大蓝莓种植面积是一种必然趋势,随之而来的蓝莓采摘机械将会更多的被推广使用,而对于自行式式蓝莓采摘机将会有广阔的市场空间,带来巨大的经济效益。第2章 总体方案设计 采摘机的整体结构主要包括: 1. 动力系统 2. 整体框架 3. 采摘机构 4. 浆果传送机构 动力系统选用液压马达和液压缸作为动力源。整体框架选用矩形方钢焊接构成。采摘机构由接果板和摇杆机构组成。浆果传送机构选用两个传输带完成传递。2.1 总体方案确定 采摘机的主要采摘机构由接果板和摆架组成,接果板作用主要是将掉落的浆果分送到两侧的传输带上,而摆架是主要采摘部件。设计方案主要对摆架结构进行选择。2.1.1 旋转式结构 旋转式采摘机构是由马达带动两侧摆杆旋转,对植株进行打击,使浆果掉落达到采摘的效果。旋转式采摘机构简图如图2-1所示:图2-1 旋转式采摘机构简图 图2.1中O处为液压马达带动的圆盘通过皮带传动分别带动A?B两处圆盘转动,A?B两处圆盘上分别均匀的分布采摘杆头。2.1.2 摆动式结构 摆动式采摘机构是由液压马达带动两侧摆杆进行往复运动,对植株进行打击,使浆果掉落达到采摘效果。摆动式采摘机构简图如图2-2所示:图2-2 摆动式采摘机构简图 此结构为曲柄摇杆机构,O处为液压马达带动的圆盘,OA为曲柄带动DF摇杆做往复的摆动。左右两摇杆的顶端采用柔韧的橡胶材料。2.2 总体方案介绍及选择2.2.1旋转式采摘介绍 旋转式采摘机是较新的蓝莓采摘机产品,具有自走式大幅U形框架,可以跨越一个蓝莓灌木行,车体行走速度、车身高度和收获采摘头都由操作人员来控制,采摘机操作人员利用液压传动装置使得蓝莓采摘机有着广泛的地面行走速度。U形框架车身,其高度可调节,以适应不同高度的蓝莓灌木丛。 旋转式蓝莓采摘机采用旋转式采摘头、履带式果实传输、喷气式果实净化。旋转式采摘头包含288个尼龙手指,当旋转采摘头旋转时,采摘手指边振动边象木梳一样穿过蓝莓灌木丛,使得成熟的蓝莓果实在振动的条件下被采摘下来,这种采摘头具有采摘效果好、采摘速度快,但对植株损伤大的特点。2.2.2摆动式采摘介绍 除了转动式采摘机构,蓝莓采摘机还有采用摆动式采摘手臂。这种方式的蓝莓采摘机适合于采摘蓝莓灌木丛比较稀疏以及搭架架起的植被。摆动式采摘手在摇摆手指的过程中,通过挤压及振动把成熟的果实采摘下来。前后的摆动使采摘植被形成波浪一样的振动。针对不同的蓝莓灌木丛,可以选用不同的摆动手指,以取得更好的采摘效果。采摘手的摆动速度是完全可调节的。这种采摘结构具有结构简易、经济性高,且对植株损伤较小等特点。2.2.3 采摘方案选择 在经济性、结构简易程度、对植株伤害大小以及操作控制等多方面考虑,本次设计选用摆动式采摘机构。采摘机构由往复运动的柔韧材料杆件,以及摘果板构成。通过杆件对植株的击打使成熟浆果脱离植株,并通过摘果板将果实输送到摘果板两侧的浆果传送带上,进而实现浆果的采摘。第3章 采摘机的结构设计及计算3.1 参数初定3.1.1 车体框架尺寸初定: 初定车体长1500mm;车体宽1300mm;车体高1800mm。3.1.2 接果板总长初定: 接果板长度初定1450mm.3.1.3 摆架机构尺寸初定: 摆杆长度1000mm;初定摆杆摆角30 因为设计时未知量较多,故对重要参数进行初选,在以后章节中有校核或选择说明。3.2 框架的材料选择及重量计算 车体框架材料选择Q235矩形钢管,如图3-1:图3-1 矩形钢示意图 图中尺寸:100mm;50mm;3mm;7mm; 矩形钢的理论重量6.69kg/m。 估算车体框架总重量; 车体框架链接方式选用焊接方式。3.3 传输带链轮的设计 初选传输带链轮直径D80mm,则车轮的转速应为 由于电机转速和车轮转速几乎相同,故传动比为1。3.3.1 初选链轮齿数 由机械设计表6-6查得,则从动链轮齿数3.3.2确定计算功率 由于载荷比较平稳,由机械设计查表6-3得工况系数1.0,因此0.75kw 初定中心距,确定链条链节数Lp: 初定中心距,则链节数 取Lp 423.3.4 计算单排链所能传递的功率及链节距P 由机械设计表6-5查得小链轮齿数系数Kz1.0,选择单排链,由机械设计表6-4查得多排链系数Kp1.0 由机械设计图6.14查得长度系数0.98故所需传递的功率为 根据额定功率和转速查机械设计图6.13选择滚子链的型号为12A,由表6-1查得链节距P19.05mm 链标记为:12A?62GB/T1243-19973.3.5 确定链实际长度 L及中心距 LLpP/10004219.05/10000.8mm 3.3.6 计算链速3.3.7 计算作用在轴上的压轴力Q 圆周力F1000/V(10000.75)/0.116818N 按平均布置查机械设计取压轴力系数 有3.3.8按静强度校核链条 由于链条处于低速重载传动中,其静强度占主要地位。 由参考文献5知,链条静强度计算式: 3-1 式中 ?静强度安全系数; ?工况系数,查表12-2-3取; ?链条极限拉伸载荷,31.1kN; ?有效圆周力,; ?离心力引起的力,其中为链条质量,可由机械设计手册表12-2-9查得:q1.50kg/m;时,可以忽略。 ?悬垂力,其中为系数,由机械设计手册查图12-2-3得:,为中心距,为两轮中心线对水平面的倾角,则; ?许用安全系数,。 代入数据得: 符合强度要求。3.3.9 润滑方式的选择 根据链速v0.11m/s和链节距P19.05mm,按图6.16查得润滑方式为人工定期润滑。3.3.10 链轮的结构设计 链轮的结构选为整体式,材料为45钢,热处理为淬火、回火,齿面硬度4050HRC。由机械设计手册表14.2-19查得主要结构尺寸如下图:图3-2 链轮结构图3.4摆架的设计 摆架结构为曲柄摇杆机构,液压马达转盘为转动件,带动摆杆作往复的摆动。 最简单的平面连杆机构由四个构件组成,称为平面四杆机构。它的应用十分广泛,而且是组成多杆机构的基础 2。图3-3 平面四杆机构的分类图3 经过设计计算摆架的结构如图3-4所示,摆杆长度设计为1000mm,摆杆通过轴承座与车体相连接,两摆杆由长800mm的杆相连,使三杆之间可以有相对运动,左边摆杆通过长430mm杆与液压马达转盘相连。 液压马达的转速为,摆杆的摆角摆杆的摆动频率为。图3-4 摆架的平面简图3.5 轴的设计及计算3.5.1 选定车轮轴径 轴的材料选择45?调质,其主要的力学性能如下: 材料牌号:45 热处理:调质 毛坯直径(mm):60 硬度(HBS):217255 抗拉强度/MPa:650 屈服点/MPa:360 弯曲疲劳极限/MPa:270 扭转疲劳极限/MPa:155 许用静应力/MPa:260 许用疲劳应力/MPa:180270 备注:应用最广泛 初算轴径 3-2 式中 ?轴传递的功率,; ?轴的转速,; ?与轴的材料及相应的值有关的系数。查文献4表15-3得118。将上述数据代入公式3-5得 确定车轮轴的直径和长度如图3-5: 1段: ,; 2段: ,; 3段: ,; 4段: ,;图3-5 车轮轴 确定液压支柱支撑轴的直径和长度如图3-6: 1段: ,; 2段: ,; 3段: ,; 4段: ,;图3-6 液压支柱支撑轴3.5.2 车轮轴的校核 这种校核计算的实质在于确定变应力情况下轴的安全程度。在已知轴的外形、尺寸及载荷的基础上,既可通过分析确定出一个或几个危险截面(这时不仅要考虑弯曲应力和扭转切应力的大小,而且还要考虑应力集中和绝对尺寸等因素影响的程度),按式求出计算安全系数并使其稍大于或至少等于设计安全系数S,既 3-3仅有法向应力时,应满足 3-4仅有扭转切应力时,应满足 3-5式中 ?按疲劳强度计算的许用安全系数; ?对称循环应力下的材料弯曲疲劳极限,; ?对称循环应力下的材料扭转疲劳极限,; 、?弯曲和扭转时的有效应力集中系数;、?材料拉伸和扭转的平均应力折算系数; 、?弯曲应力的应力幅和平均应力,; 、?扭转应力的应力幅和平均应力,;表3-1 应力特性表循环特性应力名称 弯 曲 应 力 扭 转 应 力对称循环应 力 幅 平均应力 脉冲循环应 力 幅 平均应力 说 明 M、T轴危险截面上的弯矩和扭矩,Nm 、轴危险截面的抗弯和抗扭截面系数,NmNNNm 查表可得满足疲劳强度要求。3.5.3 液压支柱支撑轴校核 由于液压支柱支撑轴所受扭矩特别小,所以按只考虑弯矩作用情况计算。Nm 查表可得 满足疲劳强度要求。3.6轴承寿命计算 输入端轴承寿命计算 根据文献3表13-3,取轴承的预期工作寿命轴承所受径向力 3-6 由于轴承只受径向力,所以当量动载荷 基本额定动载荷c 3-6 根据输入端内径和基本额定动载荷选择轴承类型 轴承的基本额定寿命 若,则轴承满足要求。表3-2 轴承参数表参数/型号NJ2217ENJ2215ENJ2220E22220CNJ2232E2321261121348221775766210/310/310/310/310/3C1604415031252112318043109 第4章 液压系统设计4.1 液压系统的设计要求 在液压传动与控制的机械设备或装备中,其液压系统使用具有连续流动性的液压油等工作介质,通过液压泵将原动机的机械能转换成液体的压力能,经过压力、流量、方向等各种控制阀,送至执行器液压缸、液压马达或摆动液压马达中,转换为机械能去驱动负载这样的液压系统一般都是由动力源、控制阀、执行器、液压附件及液压工作介质等部分所组成。 浆果采摘机采用液压元件作为动力输出,所以液压系统是温室采摘车的一个重要组成部分,液压系统的设计要同整机的总体设计同时进行。着手设计时,必须从实际出发,有机地结合传动形式,充分发挥液压传动的优点,力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。4.2 液压系统的基本回路 由于液压传动体积小、重量轻、结构紧凑,能无级调速,操纵简便,运转平稳工作可靠等优点,近年来在国内外各种类型的起重机上已经得到广泛的应用。虽然本课题所要设计的浆果采摘机与起重机有些差别,但是根据现有的起重机的液压系统的成熟的经验,我们可以加以借鉴,以下是关于液压系统的基本回路的分析性介绍。 一个复杂的液压系统仍然是由一些基本回路所组成,液压回路要使用液压泵、液压缸或液压马达、液压阀、管路、油箱等各种液压元件,显然,液压回路的功能和性能将直接取决于液压元件的安排连接或组合方式。通常将能够实现某种特定功能的液压元件的组合,成为液压基本功能回路,简称液压基本回路。毋庸置疑,了解和掌握现有液压基本回路的构成、特点及工作原理,是液压系统分析和设计的基础。 调压回路,调压回路的作用是限定系统的最高压力,防止系统的工作超载。如图4-1所示为起重机主油路调压回路,它是用溢流阀来调整压力的,由于系统压力在油泵的出口处较高,所以溢流阀设在油泵出油口侧的旁通邮路上,油泵排出的油液到达A点后,一路去系统,一路去溢流阀,这两路是并联的,当系统的负载增大油压升高并超过溢流阀的调定压力时,溢流阀开启回油,知道油压下降到调定值为止。该回路对整个系统起保护作用。 卸荷回路,当执行机构不工作时,应是油泵输出的油液在极低的压力下流回油箱,减少功率消耗,油泵的这种工况称为卸荷。卸荷的方法很多,起重机上多用换向阀卸荷,如图4-2所示为利用滑阀机能的卸荷回路,当执行机构不工作是三位四通换向阀阀芯处于中间位置,这时进油口P与回路扣O相通,油液流回油箱卸荷,图中M、H、K型滑阀机都能实现卸荷。 限速回路,限速回路也称平衡回路,起重机的起升马达、变幅油缸在下降过程中,由于卸荷与自重重力的作用,有产生超速的趋势,运用限速回路可可靠的控制其下降速度。如图4-3所示常见的限速回路。 当吊钩起升时,压力油经右侧平衡阀的单向阀通过,油路通畅,当吊钩下降时,左侧通油,但右侧平衡阀回油通路封闭,马达不能转动,只有当左侧进油压力达到开启压力,通过控制油路打开平衡阀形成回油通路,马达才能转动使重物下降,如在重力作用下马达发生超速运转,则造成进油路供油不足,油压降低,使平衡阀芯开口关小,回油阻力增大,从而限定重物下降的速度。 图4-1 液压回路图4-2 卸荷回路 图4-3 限速回路 锁紧回路,又称位置保持回路,其功能是液压执行器能在不工作时切断其进出油液通道,确切地保持在既定位置上,而不会因外力而移动。起重机执行机构经常需要在某个位置保持不动,如支腿变幅与伸缩油缸等,这样必须把执行元件的进口油路可靠地锁紧,否则便会发生“坠臂”或“软腿”危险。在起重机的锁紧回路中除用平衡阀锁紧外,还用液控单向阀锁紧。 浆果采摘机的液压系统将根据具体的功能要求选择上述液压基本回路绘制液压系统原理图。4.3确定液压系统的主要参数 根据对采摘机升降系统的结构力学分析,可以看出液压执行元件在工作过程中载荷变化情况,为确定系统及各执行元件的参数提供依据。液压系统的主要参数是压力和流量,它们是设计液压系统,选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷,流量决定于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。4.3.1 初选工作压力 压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下,工作压力低,势必要加大执行元件的结构尺寸,对某些设备来说,尺寸要受到限制,从材料消耗角度看也不经济;反之,压力选得太高,对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高,必然提高设备成本。具体选择见表4-1和表4-2。 表4-1 按卸荷选择工作压力载荷/KN 50工作压力/MPa0.81 1.52 2.53 34 4557表4-2 各种机械常用的系统工作压力机械类型机床农业机械,小型工程机械,建筑机械,液压凿岩机液压机,重型机械,起重运输机械 磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa 0.823528 81010182032 根据力学分析,计算出油缸在初始起升位置处的所需推力最大,并且为了安全可靠,将推力放大为Tl5KN来进行相关选型计算。所以根据表4-1所示,载荷为15KN时,系统的工作压力不需要很大,但如果完全按照表4-1来选取液压系统的工作压力,则必然造成执行元件的结构尺寸过大,不适应浆果采摘机的实际使用空间。另外根据表4-2可以知道农业机械,小型工程机械的工作压力在10-l8MPa之间所以先初选系统的工作压力为p 10MPa。4.3.2 计算液压缸的主要结构尺寸 浆果采摘机的车体升降液压系统的执行机构是由油缸完成的,油缸举升,使其变幅,到达举升的目的。根据客户的使用要求,为了降低成本,现用升降平台上常见的单作用式活塞缸又称为柱塞缸作为执行机构。单作用式活塞缸只利用液压力推动活塞向着一个方向运动,而反向运动则依靠重力或弹簧力等实现。在本课题的液压系统中,车体的上升依靠单作用活塞缸的油缸推力,工作平台的下降则利用载荷的重力实现。 根据上章计算液压缸的最大推力,知道了在车体初始起升时,油缸需要的推力最大,此时的活塞杆所需要承受的外部载荷也是最大。 1. 液压缸内径D的计算 设为液压缸进油口处的工作压力,为液压缸进油口处受压面积,且: 4-1式中?液压缸内径,也为活塞直径 设为液压缸工作效率,当活基杆向外仲出时,液压缸提供的推力为: 4-2 根据市场调研,实际工作中液压缸的工作效率, 因为工作条件不算恶劣,所以选择液压缸的工作效率。又由之前的计算得知液压缸的最大举升力KN,10MPa,将数值代入式 4-1、式 4-2, 则得到液压缸内径50.5mm。 液压缸直径D按国际规定的液压缸的有关标准进行圆整,如与标准液压缸参数接近,最好选用标准液压缸,免于自行设计加工。经查表可得,50mm, 为了避免泄漏,柱塞直径 活塞杆直径也为50mm。 2. 液压缸长度的计算 由前面对液压系统的详细分析得知,车体升降机构在最低位置时油缸处于为未工作状态,其中车轮支架与水平方向的夹角为8。当车体升降机构在最高位置时油缸处于为极限工作状态,其中车轮支架与水平方向的夹角为40。由装配图中通过作图法可以量得,当油缸处于为未工作状态时,油缸长度为:808mm 当油缸处于极限工作状态时,油缸长度为:953mm 所以,液压缸的行程是:145mm4.3.3 液压缸工作流量的确定 计算液压缸工作需的流量出以下公式计算可得 4-3式中?液压缸行程(dm); ?柱塞直径(dm); ?柱塞全伸出所规定的时间(min); ?额定流量(L/min); 考虑到车体上升的平稳性,选取车体上升1米所需要的时间为15秒,则平台上升速度为66.7mm/s,。所以根据柱塞直径50mm, 柱塞完全伸出所规定的时间为305, 液压缸行程145mm。将数据代入公式 4-3, 求得液压缸所需的额定工作流量为: 0.57(L/min)4.3.4确定液压缸的安装方式 液压缸与机架的安装方式有支座式、轴销式、法兰式、耳环式、球头式等。其中支座式、法兰式适用于缸筒与机架间没有相对运动的场合;轴销式、耳环式、球头式适用于缸筒与机架间有相对转动的场合。采用法兰或轴销安装定位时,法兰或轴销的轴向位置会影响活塞杆的压杆稳定性。 浆果采摘机中,缸筒与车体间存在相对转动,并且油缸耳环式固定方式比较常见,所以液压缸的两端均采用单耳环式安装方式,且带衬套,固定安装距为484mm。查阅相关规定,计算得耳环孔径为30mm, 耳环厚度为35mm。4.3.5 绘制液压系统的工作原理图 1. 基本方案的制定 在液压系统中,液压执行元件确定之后,其运动方向和运动速度的控制是拟订液压回路的核心问题。在本课题中,液压缸的运动方向和运动速度的控制需要通过液压元件来调节液压油的流量和系统的压力来调节的;压力式油箱在工作中要随时注意油箱气压,其压力必须保持在随机使用说明书规定的范围内。压力过低,油泵吸油不足易损坏,压力过高,会使液压系统漏油,容易造成低压油路爆管。对维修和换油后的设备,排尽系统中的空气后,要按随机使用说明书规定的检查油位状态,将机器停在平整的地方,发动机熄火15min后重新检查油位,必要时予以补充。另外根据实际的要求还需要在适当的位置制动,满足工作平台可以在任意高度停留。因此在绘制液压系统图之前,需要分别确定各个的基本回路。 1 调速方案制定 速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来现。相应的调速方式有节流调速、容积调速以及二者结合起的容积节流调速。在本系统中用到普通节流阀未限定流量,以控制举升系统的下降速度。 压力控制方案制定 液压执行元件工作时,要求系统保持一定的工作压力和在一定压力范围内工作。本系统所采用的压力控制方案,由定量泵供油,用溢流阀调节所需要的压力,并保持恒定。 平台制动方案制定 车体在升降过程中,为保证平台能够平稳地停靠在高空某个位置,因此平台的制动系统非常重要。在液压系统中,系统是靠在一定的压力环境下,高压油不断的输入执行机构进行工作的。根据这一点可以切断高压油的供给,保持原来的高压环境,进而就可以控制执行元件。在起重机的锁紧回路中除用平衡阀锁紧外,还用液控单向阀锁紧。 由于温室采摘车的低成本要求,本系统根据自身的特点采用普通单向阀和二通换向阀来控制液压油的流向。 2. 液压系统工作原理图的绘制 浆果采摘机的车升降过程为:当需要车上升时,开启控制阀,拖拉机马达带动油泵泵油,液压油经普通单向阀进入油缸,油缸推动车体上升。液压缸举升动作完成后即关闭控制阀。只要液压缸和管道以及阀无泄漏,柱塞就不会下降。此时,车体可以较长时间停留在此高度,保证操作人员能够完成采摘作业。在需要柱塞下降时,只要使二通阀换向,就可以使液压缸内液压油经二通阀流回油箱,使柱基复位,即实现车体借助自身重力下降。整个系统的压力控制由溢流阀调节,平台下降速度可由节流阀调整。为了使采摘机械操作方便可靠,二通换向阀采用电磁式。液压系统工作原理图4-4所示。 滤网 2.液压马达 3.油泵 4.单向阀 5.溢流阀 6.电磁换向阀 7.节流阀 8.柱塞缸图4-4 液压系统工作原理图 第5章 浆果采摘机的安装与维护5.1 安装注意事项 1.检查安装的零部件是否完整,位置是否正确,是否符合安全质量标准。 2.注意各部位润滑。 3.采摘机机安装中心线在水平方向不得歪斜,初始安装时必须摆架轴线与车体的中心线平行,并保证摆架转动灵活。 4.所有液压装置必须按照液压装置说明书的要求进行安装,并检验其动作的准确性与可靠性。 5.外露非加工表面涂灰色油漆,旋转件外露端面涂红色油漆,加工表面涂黑色防锈漆。 6.各部件必须按照设计要求准确安装。 7.所有紧固件(螺栓、螺母、垫圈)均应采取防锈氧化处理。5.2 维护中的注意事项 1.保证各液压马达散热条件良好。各个马达部位的垃圾必须及时清除,确保设备正常运转。2.尽量避免在短时间内频繁启动液压马达,在正常情况下马达应空载启动。 3.不允许发生传输带皮带沿滚筒打滑现象,如有发现应立即张紧皮带。 4.作业中要防止飞落石块打击液压油缸、活塞杆、液压油管等部件。活塞杆上如果有小点击伤,要及时用油石将小点周围棱边磨去,以防破坏活塞杆的密封装置,在不漏油的情况下可继续使用。连续停机在24h以上的设备,在启动前,要向液压泵中注油,以防液压泵干磨而损坏。 5.液压系统需由专业人员检测,进行必要的调整和维修。根据实践,进口液压泵、液压马达工作10000h后必须大修,否则液压泵、马达因失修可能损坏,对液压系统是至命性的破坏。 结 论 该机械在采摘部分的设计选用可调节摆动速度的摆动式采摘机构辅以采摘板进行采摘的设计,用以最大可能减少对植株的损伤,并且能提供较高的采摘效率。在浆果采摘的运送过程中选用传输带传送,并在传送过程中用风机进行简单的杂物筛选,以达到浆果的初步清理工作。 该作品生产成本较低且采摘效率高,可以广泛应用于各种复杂地形的矮丛蓝莓采摘。同时该采摘机也可应用于其他小浆果的采摘,如黑豆果(黑加仑)、蓝靛果、五味子、树莓等高附加值珍稀林特水果的采摘,适用性广,适应性强。 致 谢 在毕业设计制作过程中遇到了很多困难,无论是在理论学习阶段,还是在资料查询、开题、研究和撰写的每一个环节,无不得到耿雷导师悉心的指导和帮助,他始终认真负责地给予我细致深刻地指导,帮助我开拓研究思路,精心点拨、并热忱鼓励我。借此机会我向导师表示衷心的感谢!同时,我要感谢黑龙江科技学院授课的各位老师,正是由于他们的传道、授业、解惑,让我学到了专业知识,并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事。 最后,衷心感谢于百忙之中评阅设计的各位老师专家、教授。 谢谢!参考文献1 刘鸿文. 材料力学上册第2版M.北京:高等教育出版社,1985年1月2 周士昌. 液压系统设计图集.机械工业出版社,2004年3月3 中国农业报.J农业杂志社出版,2009年8月4 左健民. 液压与气压传动M.机械工业出版社,2007年5月5 侯珍秀. 机械系统设计M. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社.20036 耿孝正、张沛. 塑料混合及设备M. 北京:中国轻工业出版社,19927 濮良贵、纪明刚. 机械设计M. 北京:高等教育出版社,20018 孙恒、陈作模、葛文杰. 机械原理M.高等教育出版社.2006年6月9 丁绍南. 液压支架设计M.北京:世界图书出公司, 198710 朱凤志. 液压支架四连杆机械设计作图法分析.煤矿机械M,1983.05,252811 沈再春. 农产品加工机械与设备M. 北京:农业出版社,1993 12 石一兵. 食品机械与设备M. 北京:中国商业出版社,199213 张 玉、刘 平主编. 几何量公差与测量技术.沈阳:东北大学出版社 199914哈尔滨工业大学理论力学教研组编. 理论力学M.北京:高等教育出版社 199715巩云鹏、田万禄等主编. 机械设计课程设计M.沈阳:东北大学出版社 200016喻子建. 张磊、邵伟平、喻子建主编. 机械设计习题与解题分析.沈阳:东北大学出版社 200017孙志礼、冷兴聚,魏严刚等主编. 机械设计M. 沈阳:东北大学出版社 200018吴宗泽、罗圣国主编.机械设计课程设计手册S .北京:高等教育出版社 2007.19朱龙根主编.简明机械零件设计手册S .北京:机械工业出版社,2005.20郭爱莲主编.新编机械工程设计技术手册S 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